DE102005035346A1 - Power loss optimized high frequency coupling capacitor and rectifier circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen verlustleistungsoptimierten Hochfrequen-Koppelkondensator für eine Gleichrichterschaltung sowie eine verlustleistungsoptimierte Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung. Bei der erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung sind die Elemente der Gleichrichterstufen derart platzoptimiert angeordnet, dass die Koppelkapazitäten unter Berücksichtigung der Anschlussleitungen jeweils direkt an der Kontaktfläche für den Antennenanschluss angeschlossen sind und um die Kontaktfläche herum angeordnet sind.The invention relates to a loss-performance-optimized high-frequency coupling capacitor for a rectifier circuit and a loss-performance optimized high-frequency rectifier circuit. In the high-frequency rectifier circuit according to the invention, the elements of the rectifier stages are arranged in such a space-optimized manner that the coupling capacitances, taking into account the connecting lines, are respectively connected directly to the contact surface for the antenna connection and arranged around the contact surface.
Description
Die Erfindung betrifft einen verlustleistungsoptimierten Hochfrequenz-Koppelkondensator für eine Gleichrichterschaltung sowie eine verlustleistungsoptimierte Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung.The The invention relates to a loss-performance-optimized high-frequency coupling capacitor for one Rectifier circuit and a loss-power optimized high-frequency rectifier circuit.
Obgleich prinzipiell auf beliebige Hochfrequenz-Gleichrichterschaltungen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend in Bezug auf so genannte RFID-Kommunikationssysteme und deren Anwendungen erläutert. RFID steht dabei für "Radio Frequency Identification". Zum allgemeinen Hintergrund dieser RFID-Technologie wird auf das „RFID-Handbuch" von Klaus Finkenzeller, dritte aktualisierte Auflage, 2002 verwiesen.Although in principle to any high-frequency rectifier circuits Applicable, the present invention as well as its basis underlying problem with respect to so-called RFID communication systems and their applications explained. RFID stands for "Radio Frequency Identification". To the general The background to this RFID technology is the "RFID Handbook" by Klaus Finkenzeller, Third updated edition, referenced in 2002.
Bei RFID-Kommunikationssystemen wird ein von einer Basisstation ausgesendetes, hochfrequentes elektromagnetisches Signal von einem Transponder aufgenommen. Da passive Transponder über keine eigene Energieversorgung aufweisen, müssen sie die im Transponder für die Demodulation und Dekodierung des empfangenen elektromagnetischen Signals benötigte Energie aus dem elektromagnetischen Signal selbst entnehmen. Bei derzeit verwendeten passiven RFID-Systemen werden daher hochfrequente Signale im HF- und UHF-Bereich ausgesendet, aus der der Transponder die Energie entnimmt.at RFID communication systems is a broadcasted by a base station, high-frequency electromagnetic signal from a transponder added. Because passive transponders do not have their own power supply they must in the transponder for the demodulation and decoding of the received electromagnetic signal needed Take energy from the electromagnetic signal itself. at Currently used passive RFID systems are therefore high-frequency Signals in the HF and UHF range emitted from which the transponder takes the energy.
Zu
diesem Zweck weist jeder Transponder eine mit der Sende-/Empfangsantenne
gekoppelte Sende-/Empfangseinrichtung auf. Diese Sende-/Empfangseinrichtung dient
einerseits dem Zweck, ein empfangenes, hochfrequentes Datensignal
aufzunehmen und weiter zu verarbeiten. Dahinter verbirgt sich zum
einen die Energieversorgung für den
Transponder und zum anderen eine Demodulation und Decodierung der
empfangenen Datensignale. Im Sendebetrieb wird von der Sende-/Empfangseinrichtung
die Impedanz der Eingangsantenne bedarfsgemäß für die Datenrückübertragung
von der Sende-/Empfangseinrichtung geändert. Der Aufbau und die Funktionsweise
einer solchen Sende-/Empfangseinrichtung in einem Transponder ist
allgemein bekannt und beispielsweise in den Deutschen Patentanmeldungen
Eine solche Sende-/Empfangseinrichtung weist neben einer Antenne, die als Dipolantenne oder als induktive Antenne ausgebildet sein kann, eine Spannungsquelle, eine Gleichrichterschaltung sowie eine Steuereinrichtung auf. Dabei bildet der Gleichrichter einen zentralen und wichtigen Bestandteil eines passiven oder semipassiven Transponders für UHF- und Mikrowellenübertragung. Ziel bei heutigen und zukünftigen RFID-Systemen ist es, mit passiven Transpondern möglichst hohe Reichweiten bei gleichzeitig möglichst hoher Datenübertragungsrate zu erzielen. Eine hohe Reichweite lässt sich insbesondere durch Erhöhung der Sendeleistung der Basisstation realisieren. Allerdings müssen hier nationale und europäische HF-Vorschriften beachtet werden, sodass die Sendeleistung, mit der die hochfrequenten elektromagnetischen Signale ausgesendet werden, nicht beliebig gesteigert werden kann. Insbesondere ist aufgrund dieser nationalen und europäischen HF-Vorschriften die maximale Sendeleistung, bezogen auf die jeweilige Frequenz, stark begrenzt. Um so wichtiger ist es, dass der Transponder und insbesondere dessen Sende-/Empfangseinrichtung eine möglichst hohe Reichweite bei der Datenkommunikation ermöglicht. Dabei spielt die Effizienz des Gleichrichters, mit der also aus einem hochfrequenten Trägersignal eine für nachfolgende Schaltungsteile des Transponders geeignete Gleichspannung generiert wird, eine sehr wesentliche Rolle, die direkt die Lesereichweite des Transponders mitbestimmt.A Such transmitting / receiving device has, in addition to an antenna, the can be designed as a dipole antenna or as an inductive antenna, a voltage source, a rectifier circuit, and a controller on. The rectifier forms a central and important one Component of a passive or semi-passive transponder for UHF and Microwave transmission. Aim for today and tomorrow It is RFID systems with passive transponders as possible high ranges and at the same time the highest possible data transfer rate achieve. A long range lets especially by increasing realize the transmission power of the base station. However, you have to go here national and European HF regulations be noted, so the transmission power with which the high-frequency electromagnetic signals are emitted, not increased arbitrarily can be. In particular, due to these national and European RF regulations, the maximum transmission power, based on the respective frequency, strong limited. The more important it is that the transponder and in particular its transmitting / receiving device as high as possible at the data communication allows. Here, the efficiency of the rectifier, with the so plays out a high frequency carrier signal one for Subsequent circuit parts of the transponder suitable DC voltage is generated, a very essential role that directly affects the reading distance co-determined by the transponder.
Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass mit den zunehmenden Sicherheitsanforderungen bei der Identifikation bei modernen RFID-Systemen immer höhere Datenübertragungsraten benötigt werden, um die jeweiligen Zeiten, während denen eine Identifikation stattfinden kann, möglichst kurz zu halten und um damit in immer kür zeren Zeitspannen eine Vielzahl von Daten auf einer Trägerwelle moduliert zu übertragen. Bei mit niedriger Leistung arbeitenden RFID-Systemen werden daher ungeachtet der begrenzten Sendeleistung immer höhere Reichweiten für die Datenkommunikation gefordert. Um dieser Forderung Genüge zu leisten, muss der Transponder auch noch bei sehr schwachen elektrischen und/oder magnetischen Feldern, also im Fernfeld, ausreichend Energie aus dem elektrischen und/oder magnetischen Feld des gesendeten Trägersignals extrahieren. Dies ist aber nur dann möglich, wenn der Gleichrichter des Transponders eine sehr hohe Effizienz aufweist.One Another aspect is that with the increasing security requirements in the identification of modern RFID systems ever higher data transfer rates needed be at the respective times during which an identification can take place, if possible to keep it short and thus a multiplicity in ever shorter periods of time of data on a carrier wave modulated to transmit. Low-power RFID systems therefore become regardless of the limited transmit power ever higher ranges for data communication required. To meet this requirement, the transponder must also even with very weak electrical and / or magnetic fields, so in the far field, sufficient energy from the electrical and / or Extract the magnetic field of the transmitted carrier signal. This but only possible if the rectifier of the transponder has a very high efficiency.
Aus diesen Gründen ist es besonders wichtig, den Gleichrichter der Sende-/Empfangseinrichtung des Transponders so auszulegen, dass eine größtmögliche Effizienz gewährleistet ist und zugleich sämtliche Randbedingungen der Datenkommunikation eingehalten werden. Um die Effizienz des Gleichrichters so groß wie möglich zu gestalten, ist es wichtig, die Verlustleistung innerhalb des Gleichrichters, die vor allem durch parasitäre Kapazitäten und Widerstände hervorgerufen wird, zu minimieren. Während die Verlustleistung bei niederfrequenten Signalen vernachlässigbar gering ist, spielt sie insbesondere bei hochfrequenten Signalen, beispielsweise im HF- und/oder UHF-Frequenzbereich, eine zunehmend größere Rolle. Mit zunehmender Frequenz des Trägersignals werden die parasitären Komponenten des Gleichrichters, dabei insbesondere parasitäre Substrat-Kapazitäten und parasitäre Schicht- und Serienwiderstände, immer bedeutender. Diese parasitären Komponenten bewirken eine mit steigender Frequenz zunehmende Verlustleistung und damit eine abnehmende Effizienz des Gleichrichters. Dies ist ein Zustand, den es zu vermeiden oder zumindest zu verringern gilt.For these reasons, it is particularly important to design the rectifier of the transceiver's transceiver in such a way that the greatest possible efficiency is ensured and at the same time all the boundary conditions of the data communication are maintained. In order to maximize the efficiency of the rectifier, it is important to minimize the power dissipation within the rectifier, which is mainly caused by parasitic capacitances and resistances. While the power loss is negligible with low-frequency signals, it plays in particular especially with high-frequency signals, for example in the RF and / or UHF frequency range, an increasingly important role. As the frequency of the carrier signal increases, the parasitic components of the rectifier, in particular parasitic substrate capacitances and parasitic layer and series resistances, become more and more important. These parasitic components cause an increasing power loss with increasing frequency and thus a decreasing efficiency of the rectifier. This is a condition that should be avoided or at least reduced.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen hinsichtlich der Verlustleistung optimierten Gleichrichter für einen Transponder bereitzustellen.Of the present invention is based on the object, a respect to provide the power loss optimized rectifier for a transponder.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Hochfrequenzkoppelkapazität für eine Gleichrichterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.According to the invention this Task solved by a high frequency coupling capacity for a rectifier circuit with the features of claim 1 and by a high frequency rectifier circuit with the features of claim 14.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein
integrierter lateraler Hochfrequenz-Koppelkondensator für eine Gleichrichterschaltung,
mit einem Substrat und mit zumindest einem an einer Vorderseite
auf dem Substrat angeordneten streifenförmigen Kapazitätsfinger,
enthaltend
- – mindestens eine elektrisch leitfähige Katodenschicht, die an der Vorderseite über mindestens einen Katodenkontaktstreifen elektrisch kontaktiert ist und die einen parasitären Serienwiderstand aufweist, der sich aus dem Verhältnis einer Schichtwiderstandslänge zu einer Schichtwiderstandsweite innerhalb der Katodenschicht ergibt, und
- – mindestens eine elektrisch leitfähige Anodenschicht, die von der Katodenschicht über ein Dielektrikum isoliert ist und die an der Vorderseite über mindestens einen Anodenkontaktstreifen elektrisch kontaktiert ist,
- – wobei die Schichtwiderstandslänge den in der Layoutebene projizierten lateralen Abstand zwischen dem Katodenkontaktstreifen und dem Anodenkontaktstreifen bezeichnet,
- – wobei die Schichtwiderstandweite die in der Layoutebene projizierte laterale Länge bezeichnet, innerhalb der sowohl die Anodenschicht wie auch die Katodenschicht in einem lateralen Abstand, der der Schichtwiderstandslänge entspricht, durch die Anodenkontaktstreifen bzw. die Katodenkontaktstreifen kontaktiert ist,
- – wobei die Schichtwiderstandslänge sehr viel kleiner ist als die Schichtwiderstandweite. (Patentanspruch 1)
An integrated lateral high frequency coupling capacitor for a rectifier circuit, comprising a substrate and having at least one strip-shaped capacitance finger arranged on a front side on the substrate
- At least one electrically conductive cathode layer which is electrically contacted on the front side via at least one cathode contact strip and which has a parasitic series resistance resulting from the ratio of a layer resistance length to a layer resistance within the cathode layer, and
- At least one electrically conductive anode layer, which is insulated from the cathode layer by a dielectric and which is electrically contacted at the front side via at least one anode contact strip,
- The sheet resistance length designating the lateral spacing projected in the layout plane between the cathode contact strip and the anode contact strip,
- Wherein the sheet resistance width designates the lateral length projected in the layout plane, within which both the anode layer and the cathode layer are contacted by the anode contact strips or the cathode contact strips at a lateral distance corresponding to the sheet resistance length,
- - wherein the sheet resistance length is much smaller than the sheet resistance. (Claim 1)
Eine verlustleistungsoptimierte mehrstufige Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung für einen Transponder,
- – mit einem Eingang zur Einkopplung eines hochfrequenten Wechselsignals, der zumindest eine Kontaktfläche für einen Antennenanschluss aufweist,
- – mit einem Ausgang zum Abgreifen eines gleichgerichteten Ausgangssignals,
- – mit mehreren parallel zueinander und zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordneten Gleichrichterstufen, die jeweils eine für Hochfrequenzanwendungen ausgelegte Koppelkapazität, eine in Flussrichtung dazu angeordnete Gleichrichterdiode und eine für Niederfrequenzanwendungen ausgelegte Lastkapazität in Reihenschaltung aufweisen, wobei die verschiedenen Koppelkapazitäten in der Projektion der Layoutebene parallel zueinander angeordnet sind und platzoptimiert jeweils direkt an der Kontaktfläche angeschlossen sind und um die Kontaktfläche herum angeordnet sind. (Patentanspruch 14)
- With an input for coupling in a high-frequency alternating signal which has at least one contact surface for an antenna connection,
- With an output for picking up a rectified output signal,
- - With a plurality of parallel to each other and between the input and the output arranged rectifier stages, each having a designed for high frequency applications coupling capacitor, arranged in the flow direction rectifier diode and designed for low frequency applications load capacitance in series, wherein the different coupling capacitances in the projection of the layout plane parallel to each other are arranged and optimized for space are each connected directly to the contact surface and are arranged around the contact surface around. (Claim 14)
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass die Effizienz eines Gleichrichters um so größer ist, je geringer die Verlustleistung innerhalb des Gleichrichters ist. Aus dieser Erkenntnis leitet sich der Bedarf ab, dass die parasitären Kapazitäten und parasitären Widerstände innerhalb des Gleichrichters, die verantwortlich sind für eine unerwünschte Verlustleistung, minimiert werden müssen. Dabei gilt allgemein für die Verlustleistung P einer Serienschaltung von zum Beispiel einer Substratkapazität C und ihres Serienwiderstandes R der folgende Zusammenhang: Die Substratkapazität C und ihr Serienwiderstand R bilden einen Spannungsteiler. Die Substratkapazität C selbst ist dabei verlustlos. Die Verlustleistung P ist somit gleich der im Serienwiderstand R umgesetzten Leistung. Für ein vorgegebenes Potenzial U gegenüber dem Potenzial eines Substrats oder einer Wanne innerhalb eines Halbleitersubstrats gilt bei einer Frequenz f für den Strom I durch diese Substratkapazität C und ihren Serienwiderstand R: The finding underlying the present invention is that the lower the power loss within the rectifier, the greater the efficiency of a rectifier. From this knowledge, the need arises that the parasitic capacitances and parasitic resistances within the rectifier, which are responsible for an undesirable power loss, must be minimized. In general, the following relationship applies to the power loss P of a series connection of, for example, a substrate capacitance C and its series resistance R: The substrate capacitance C and its series resistance R form a voltage divider. The substrate capacity C itself is lossless. The power loss P is therefore equal to the power converted in the series resistor R. For a given potential U with respect to the potential of a substrate or a well within a semiconductor substrate, at a frequency f for the current I through this substrate capacitance C and its series resistance R:
Die Verlustleistung P beträgt demnach: The power loss P is therefore:
Für den Fall,
dass die Güte
Q sehr groß ist, gilt
also:
Damit
gilt für
die Verlustleistung P näherungsweise:
Aus Gleichung (5) ist zu erkennen, dass die Substratkapazität C quadratisch in die Verlustleistung P eingeht, während der Serienwiderstand R nur direkt proportional zur Verlustleistung P ist. Allerdings wird die Substratkapazität C eines Bauelementes im Wesentlichen durch die Technologie bestimmt. Bei gleich bleibender Funktion des Bauelementes bestimmt somit die zugrunde liegende Technologie die Optimierungsmöglichkeiten.Out Equation (5) reveals that the substrate capacitance C is square into the power loss P, while the series resistance R is only directly proportional to the power loss P However will the substrate capacity C of a component essentially determined by the technology. For the same function of the component thus determines the underlying technology the optimization possibilities.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, dass die Verlustleistung eines Hochfrequenzgleichrichters durch folgende Maßnahmen minimiert werden kann:
- a) Eine geeignete schaltungstechnische Verschaltung der einzelnen Bauelemente des Gleichrichters.
- b) Durch geeignete Wahl der Bauelemente: Solche geeigneten Bauelemente für einen Hochfrequenzgleichrichter sind zum einen Schottkydioden und zum anderen Kapazitäten, welche einen kleinen Serienwiderstand und damit eine hohe Güte und möglichst geringe parasitäre Komponenten, wie Substratdioden, aufweisen.
- c) Ein geeignetes Layout: Für ein geeignetes Layout wird die Anordnung der einzelnen Bauelemente des Hochfrequenzgleichrichters so gestaltet, dass die durch Verdrahtung und Verbindungsleitungen entstehenden parasitären Einflussfaktoren, wie Serienwiderstand, Substratdiode, parasitäre Kapazität, minimiert werden.
- a) A suitable circuitry connection of the individual components of the rectifier.
- b) By suitable choice of the components: Such suitable components for a high-frequency rectifier are on the one hand Schottky diodes and on the other capacity, which have a small series resistance and thus high quality and the lowest possible parasitic components, such as substrate diodes.
- c) A suitable layout: For a suitable layout, the arrangement of the individual components of the high-frequency rectifier is designed such that the parasitic influencing factors resulting from wiring and connecting lines, such as series resistance, substrate diode, parasitic capacitance, are minimized.
Bei einem integrierten Hochfrequenzkoppelkondensator werden dessen Anodenelektrode und Katodenelektrode jeweils durch Halbleiterschichten, beispielsweise durch hochdotiertes Polysilizium oder durch hochdotiertes einkristallines Silizium, gebildet. Im Falles eines lateral ausgebildeten Hochfrequenzkoppelkondensators werden die jeweiligen Halbleiterschichten für die Anode und die Katode jeweils von derselben Seite her, beispielsweise von der Vorderseite eines Halbleiterkörpers (Halbleitersubstrat) her, kontaktiert. Für die Kontaktierung sind jeweils Anoden- bzw. Katodenkontaktstreifen vorgesehen. Zur Sicherstellung eines definierten Kontaktes zwischen diesen Anoden- bzw. Katodenkontaktstreifen und der entsprechenden Anodenschicht bzw. Katodenschicht ist es von Vorteil, wenn die Anoden- bzw. Katodenkontaktstreifen mehr oder weniger großflächig die jeweilige Anoden- bzw. Katodenschicht kontaktieren. Im Falle einer lateralen Implementierung des Hochfrequenzkoppelkondensators weisen die Anodenkontaktstreifen gegenüber den Katodenkontaktstreifen einen lateralen Abstand auf, damit zwischen den Anodenkontaktstreifen und Katodenkontaktstreifen möglichst kein parasitärer Kondensator entsteht bzw. damit auch kein unerwünschter Kurzschluss zwischen diesen Kontaktstreifen vorhanden ist.at an integrated high-frequency coupling capacitor whose anode electrode and cathode electrode respectively through semiconductor layers, for example by highly doped polysilicon or highly doped monocrystalline Silicon, formed. In the case of a laterally formed high-frequency coupling capacitor become the respective semiconductor layers for the anode and the cathode each from the same side, for example from the front a semiconductor body (semiconductor substrate) ago, contacted. For the contacting each anode or Katodenkontaktstreifen are provided. To ensure a defined contact between these anode or cathode contact strip and the corresponding anode layer or cathode layer, it is advantageous if the anode or Katodenkontaktstreifen more or less large area the respective anode or Contact the cathode layer. In case of a lateral implementation of the high frequency coupling capacitor have the anode contact strips across from the cathode contact strip on a lateral distance, thus between the anode contact strip and Katodenkontaktstreifen possible no parasitic Capacitor is created or so no unwanted short circuit between this contact strip is present.
Ein wie eben beschriebener integrierter Hochfrequenzkoppelkondensator weist typischer Weise zwei integrierte Serienwiderstände auf, die sich im Falle der Anode aus der Dicke der Anodenschicht ergibt, da, sich die Ladungsträger in der Anodenschicht im Wesentlichen vertikal zwischen Anodenkontaktstreifen und die Dielektrikum bewegen. Darüber hinaus ist ein weiterer parasitärer Serienwiderstand vorhanden, der sich dadurch ergibt, welche Strecke ein Ladungsträger in der Katodenschicht effektiv, das heißt im Mittel, zurücklegen muss. Diese Strecke ergibt sich typischerweise aus der Schichtwiderstandslänge, die sich durch den in der Ebene des Layouts projizierten lateralen Abstand zwischen den Katodenkontaktstreifen und dem Anodenkontaktstreifen definiert.One as just described integrated high-frequency coupling capacitor typically has two integrated series resistors, which in the case of the anode results from the thickness of the anode layer, there, the charge carriers in the anode layer substantially vertically between anode contact strips and move the dielectric. In addition, another is parasitic Series resistance available, which results from what route a charge carrier in the Katodenschicht effectively, that is on average, put back got to. This distance typically results from the sheet resistance length, the through the lateral distance projected in the plane of the layout between the cathode contact strips and the anode contact strip Are defined.
Um entsprechend den vorstehenden Ausführungen den parasitären Serienwiderstand möglichst gering zu halten, ist zum einen der Serienwiderstand in der Anodenschicht und zum anderen der Serienwiderstand in der Katodenschicht zu minimieren. Der Serienwiderstand in der Anodenzone lässt sich auf sehr einfache Weise durch eine sehr dünne Anodenschicht minimieren. In diesem Falle ist der Serienwiderstand in der Anodenzone (insbesondere gegenüber dem Serienwiderstand in der Katodenzone) zu vernachlässigen. Dies trifft für den Serienwiderstand in der Katodenschicht typischerweise nicht zu. Dies liegt zum einen daran, dass die auf der Katodenschicht angeordnete Anodenschicht und vor allem das entsprechende Dielektrikum eine bestimmte laterale Ausdehnung aufweisen, die zumindest signifikant größer ist als die Dicke der Anodenschicht. Zum anderen muss der Katodenkontaktstreifen gegenüber dem Anodenkontaktstreifen bzw. der Anoden schicht einen bestimmten Abstand aufweisen, um einerseits eine definierte Kontaktierung vornehmen zu können und andererseits eine parasitäre Wechselwirkung (beispielsweise eine parasitäre Kapazität) des Katodenkontaktstreifens gegenüber des Anodenkontaktstreifens bzw. der Anodenschicht zu verhindern. Da der Hochfrequenzkoppelkondensator eine durch die Anwendung vorgegebene Kapazität aufweisen muss, kann die laterale Ausdehnung der Anodenschicht auch nicht beliebig schmal gewählt werden. Aus diesem Grunde kann die Schichtwiderstandslänge, die direkt proportional mit dem Serienwiderstand in der Katodenschicht ist, nicht vernachlässigt werden.Around according to the above, the parasitic series resistance as low as possible on the one hand is the series resistance in the anode layer and second, to minimize the series resistance in the cathode layer. The series resistance in the anode zone is very simple Way through a very thin Minimize anode layer. In this case, the series resistance in the anode zone (in particular with respect to the series resistance in the Katodenzone) neglect. This is true for typically not the series resistance in the cathode layer to. This is partly because the on the cathode layer arranged anode layer and especially the corresponding dielectric have a certain lateral extent that is at least significant is larger as the thickness of the anode layer. On the other hand, the cathode contact strip across from the anode contact strip or the anode layer a certain Have clearance to make a defined contact on the one hand to be able to and on the other hand, a parasitic Interaction (eg parasitic capacitance) of the cathode contact strip across from of the anode contact strip or the anode layer to prevent. There the high frequency coupling capacitor a predetermined by the application capacity must have, the lateral extent of the anode layer can also not arbitrarily narrow become. For this reason, the sheet resistance length, the directly proportional to the series resistance in the cathode layer is, not neglected become.
Ausgehend davon ist die Idee der vorliegenden Erfindung die Schichtwiderstandsweite sehr groß und insbesondere derart groß zu wählen, dass die Schichtwiderstandslänge sehr viel kleiner ist als die Schichtwiderstandsweite. Das Verhältnis zwischen Schichtwiderstandslänge zu Schichtwiderstandsweite bestimmt dabei im Wesentlichen die Größe des Serienwiderstands in der Katodenschicht. Da das Verhältnis zwischen Schichtwiderstandslänge zu Schichtwiderstandsweite umso kleiner wird, je größer die Schichtwiderstandsweite gewählt wird, lässt sich auf diese Weise der Serienwiderstand in der Katodenschicht entsprechend minimieren. Auf diese Weise lässt sich trotz eines vorgegebenen Designs und einer vorgegebenen Anwendung, das heißt einen vorgegebenen Wert für den Hochfrequenzkoppelkondensator, dessen Serienwiderstand insbesondere in der Katodenschicht auf ein Minimum reduzieren. Dies geht zwar auf Kosten einer größeren lateralen Ausdehnung des Hochfrequenzkoppelkondensators. Diese Vergrößerung der Chipfläche kann allerdings aufgrund der sich dadurch ergebenden besseren elektrischen Eigenschaften, insbesondere was dessen Verlustleistung angeht, in Kauf genommen werden.Proceeding from this, the idea of the present invention is to select the layer resistance width as very large and in particular so large that the layer resistance length is very much smaller than the sheet resistance. The ratio between the sheet resistance length and the sheet resistance width essentially determines the size of the series resistance in the cathode layer. In this way, since the ratio of the sheet resistance length to the sheet resistance width becomes smaller the larger the sheet resistance width is selected, the series resistance in the cathode layer can be minimized accordingly. In this way, despite a predetermined design and a predetermined application, that is, a predetermined value for the high-frequency coupling capacitor, its series resistance can be reduced to a minimum, in particular in the cathode layer. Although this is at the expense of a larger lateral extent of the high-frequency coupling capacitor. However, this increase in the chip area can be accepted on account of the resulting better electrical properties, in particular as regards its power loss.
Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, solche Hochfrequenzkoppelkondensatoren bei verlustleistungsoptimierten mehrstufigen Hochfrequenz-Gleichrichterschaltungen, wie sie bei Transpondern eingesetzt werden, zu verwenden. Dabei weist jeweils eine dieser Gleichrichterstufen eine für Hochfrequenzanwendungen ausgelegte Koppelkapazität eine in Flussrichtung dazu angeordnete Gleichrichterdiode und eine für Niederfrequenzanwendungen ausgelegte Lastkapazität auf, die zueinander in Reihenschaltungen angeordnet sind. Die Erkenntnis besteht hier darin, dass die Verbindungsleitungen zwischen diesen Elementen unter einander sowie zu den Außenanschlüssen die Verlustleistung wesentlich mitbestimmen. Besonders gravierend sind dabei die Anschlüsse, die direkt mit der Antenne verbunden sind, da dort die über die Antenne eingekoppelte Frequenz des empfangenen Signals am höchsten ist, was unmittelbar auch in die Verlustleistung eingeht. Die Idee besteht nun darin, die für Hochfrequenzanwendungen ausgelegte Koppelkapazität, die eingangsseitig mit der Antenne verbunden ist, nun direkt an die Kontaktfläche für den Antennenanschluss anzuschließen. Da nun eine Vielzahl solcher Koppelkapazitäten, die jeweils einer der Gleichrichterstufe zugeordnet sind, vorhanden sind, werden die verschiedenen Koppelkapazitäten parallel zueinander angeordnet und direkt an die Kontaktfläche und um die Kontaktfläche herum angeschlossen. Direkt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die jeweiligen Koppelkapazitäten zwar naturgemäß über Anschlussleitungen an die Kontaktfläche angeschlossen sind, diese Anschlussleitung allerdings eine minimale Länge aufweist. Minimal bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die technologiebedingten Design Rules eingehalten werden müssen, das heißt, die Anschlussleitungen müssen zu benachbarten Anschlussleitungen jeweils eine durch die Technologie vorgegebenen Abstand einhalten. Insgesamt ergibt sich somit eine sehr kompakte, platzoptimierte Anordnung der Koppelkapazitäten innerhalb der mehrstufigen Gleichrichterschaltung.A Another idea of the present invention is such high-frequency coupling capacitors in loss-power-optimized multi-stage high-frequency rectifier circuits, as used in transponders to use. there each has one of these rectifier stages one for high frequency applications designed coupling capacity a rectifier diode arranged in the direction of flow and a for low frequency applications designed load capacity on, which are arranged to each other in series circuits. The knowledge Here is that the interconnections between these Elements under each other as well as to the external connections the power loss essential participate. Particularly serious are the connections, the are connected directly to the antenna, since there are over the Antenna injected frequency of the received signal is highest, which immediately goes into the power loss. The idea exists now in it, for high-frequency applications designed coupling capacity, the input side is connected to the antenna, now directly to the contact surface for the Antenna connection to connect. Since now a large number of such coupling capacitances, each one of the rectifier stage are present, the different coupling capacities are parallel arranged to each other and directly to the contact surface and around the contact surface connected around. Direct in this context means that the respective coupling capacities although naturally via connecting cables connected to the contact surface are, however, this connection line has a minimum length. Minimal in this context means that the technology-related Design Rules must be respected, that is, the Connecting cables must to neighboring connecting lines one each through the technology comply with the specified distance. Overall, this results in a very compact, space-optimized arrangement of the coupling capacities within the multi-stage rectifier circuit.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.advantageous Refinements and developments of the invention are the dependent claims and the description with reference to the drawings.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Verhältnis aus Schichtwiderstandslänge zu Schichtwiderstandsweite im Bereich zwischen 1/2 und 1/1000. Vorzugsweise liegt das Verhältnis aus Schichtwiderstandlänge zu Schichtwiderstandweite im Bereich zwischen 1/10 und 1/100.In In an advantageous embodiment, the ratio of sheet resistance length to sheet resistance is in the range between 1/2 and 1/1000. Preferably, the ratio of sheet resistance length to sheet resistance in the Range between 1/10 and 1/100.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung sind die Anodenkontaktstreifen und die Katodenkontaktstreifen (zumindest abschnittsweise) parallel zueinander angeordnet. Dabei weisen die jeweils parallelen Abschnitte von Anodenkontaktstreifen und Katodenkontaktstreifen einen minimalen Abstand zueinander auf. Parallel bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die jeweilige Längsausrichtung des Anodenkontaktstreifens und des Katodenkontaktstreifens. Vorzugsweise ist auch die An odenschicht als längliche Schicht ausgebildet, deren Längsausrichtung parallel zu dem darauf angeordneten Anodenkontaktstreifen sowie zu dem Katodenkontaktstreifen angeordnet ist.In In a very advantageous embodiment, the anode contact strips and the cathode contact strips (at least in sections) in parallel arranged to each other. In this case, the respective parallel sections of anode contact strips and cathode contact strips a minimum Distance to each other. Parallel refers in this context to the respective longitudinal alignment of the anode contact strip and the cathode contact strip. Preferably is also the An odenschicht as elongated Layer formed, the longitudinal orientation parallel to the anode contact strip arranged thereon as well is arranged to the cathode contact strip.
Vorzugsweise kontaktiert die Anodenkontaktstreifen die Anodenschicht und/oder die Katodenkontaktstreifen die Katodenschicht (entlang der Schichtwiderstandsweite) mittels einer Vielzahl von eng aneinander angeordneter Kontaktlöcher. Die Verwendung einer Vielzahl von eng aneinander angeordneter Kontaktlöcher zur Kontaktierung ist insbesondere für Hochfrequenzanwendungen von besonderem Vorteil, da dadurch parasitäre Effekte (Kontaktwiderstand), die sich aus einer einzigen lokalen Kontaktierung ergeben können, minimiert werden.Preferably the anode contact strips contact the anode layer and / or the cathode contact strips the cathode layer (along the sheet resistance distance) by means of a plurality of closely spaced contact holes. The usage a plurality of closely spaced contact holes for Contacting is especially for High-frequency applications of particular advantage, since parasitic effects (contact resistance), which can result from a single local contact, minimized become.
Statt der Verwendung von Kontaktlöchern zur Kontaktierung der Anodenkontaktstreifen und Katodenkontaktstreifen wäre auch eine großflächige elektrische Kontaktierung dieser Streifen auf der Anodenschicht bzw. der Katodenschicht möglich. Allerdings hat sich gezeigt, dass die Kontaktierung über Kontaktlöcher, die sehr eng aneinander angeordnet sind, einen definierteren elektrischen Kontakt ermöglicht. Unter einem sehr eng aneinander Anordnen der Kontaktlöcher ist hier und in der gesamten Patentanmeldung zu verstehen, dass zwar kein durchgehender Kontaktstreifen für die Kontaktierung der entsprechenden Anodenschicht bzw. Katodenschicht vorhanden ist. In der jeweiligen Halbleiterschicht ergibt sich dadurch allerdings nahezu kein Unterschied gegenüber einer großflächigen Kontaktierung, da die Ladungsträger sich in der Anodenschicht bzw. der Katodenschicht im Wesentlichen so verteilen, dass die Kontaktierung über Kontaktlöcher einen nahezu gleichen Effekt hat wie eine optimale großflächige Kontaktierung über einen durchgehenden Kontaktstreifen. Wesentlich dabei ist, dass die Kontaktlöcher so nah aneinander angeordnet sind, dass eine weitgehend homogene Verteilung der Ladungsträger in den jeweiligen Halbleiterschichten entsteht.Instead of using contact holes for contacting the anode contact strips and cathode contact strips, a large-area electrical contacting of these strips on the anode layer or the cathode layer would also be possible. However, it has been shown that the contacting via contact holes, which are arranged very close to each other, allows a more defined electrical contact. Under a very close to each other arranging the contact holes is to be understood here and in the entire patent application that, although there is no continuous contact strip for contacting the corresponding anode layer or cathode layer. In the respective semiconductor layer, however, this results in virtually no difference Compared with a large-area contact, since the charge carriers are distributed in the anode layer or the cathode layer substantially so that the contact via contact holes has a nearly the same effect as an optimal large-area contact via a continuous contact strip. It is essential that the contact holes are arranged so close to one another that a largely homogeneous distribution of the charge carriers in the respective semiconductor layers is formed.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Katodenschicht bezogen auf die Anodenschicht (zumindest abschnittsweise) beidseitig mit Katodenkontaktstreifen kontaktiert. Dies reduziert den Schichtwiderstand dieser Katodenschicht bzw. den Serienwiderstand zumindest um den Faktor 2.In an advantageous embodiment, the cathode layer is based on the anode layer (at least in sections) on both sides with Contacted cathode contact strip. This reduces the sheet resistance this cathode layer or the series resistance at least to the Factor 2.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Anodenkontaktstreifen zentral innerhalb der Anodenschicht derart angeordnet, dass die Anodenkontaktstreifen einen möglichst gleichen Abstand zu den lateralen Rändern der Anodenschicht aufweisen. Vorzugsweise weisen sie dabei einen minimalen Abstand auf. In gleicher Weise weisen die Katodenkontaktstreifen einen minimalen Abstand zu den lateralen Rändern der Anodenschicht auf. Minimal bedeutet hier und in der gesamten Patentanmeldung, dass unter Berücksichtigung der Technologie-bedingten Design Rules ein minimaler Abstand gewählt wird.In In an advantageous embodiment, the anode contact strips centrally disposed within the anode layer such that the Anode contact strip one possible have the same distance to the lateral edges of the anode layer. Preferably, they have a minimum distance. In the same Way, the cathode contact strips have a minimum distance to the lateral edges the anode layer on. Minimal means here and in the whole Patent application that under consideration the technology-related design rules a minimum distance is chosen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere Kapazitätsfinger vorgesehen, die parallel zueinander und insbesondere mit einem minimalen Abstand zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist insbesondere eine kompakte Bauweise und damit ein kompaktes Design möglich. Dies ist vor allem auch für sehr große Kapazitäten von Vorteil.In In an advantageous embodiment, a plurality of capacitance fingers provided, which are parallel to each other and in particular with a minimum distance are arranged to each other. In this way, in particular one compact design and thus a compact design possible. This is above all for very big capacities advantageous.
Typischerweise ist das Substrat als hochdotiertes Halbleitersubstrat ausgebildet, das über Substratkontaktstreifen elektrisch kontaktiert ist. Als Substrat kann jedoch auch jedes andere Substrat, beispielsweise eine Platine, eine dünne Folie oder dergleichen, verwendet werden. Im letzteren Falle, also im Falle eines als Platine, Folie oder dergleichen ausgebildeten Substrats, handelt es sich dann immer noch um einen integrierten Koppelkondensator, da dessen Bestandteile, also dessen Anode und Katode, in integrierter Form als Halbleiteranodenschicht und Halbleiterkatodenschicht ausgebildet sind.typically, if the substrate is designed as a highly doped semiconductor substrate, the above Substrate contact strip is electrically contacted. As a substrate However, any other substrate, such as a circuit board, a thin one Foil or the like can be used. In the latter case, ie in the Trap of a substrate designed as a board, foil or the like, is it then still an integrated coupling capacitor, because its components, ie its anode and cathode, integrated Form formed as a semiconductor anode layer and Halbleiterkatodenschicht are.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Substratkontaktstreifen einen minimalen Abstand zu den lateralen Rändern der Katodenschicht auf.In According to an advantageous development, the substrate contact strips a minimum distance to the lateral edges of the cathode layer.
In einer typischen Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Anodenkontaktstreifen und/oder die Katodenkontaktstreifen Metall oder eine metallische Legierung. Vorzugsweise wird hier ein Material verwendet, das sehr gut leitfähig ist, das also möglichst niederohmig ausgebildet ist und das somit möglichst keine parasitären ohmschen Beiträge liefert. Die Anodenschicht und/oder die Katodenschicht besteht typischerweise aus hochdotiertem Polysilizium. Denkbar wäre auch hier jedes andere leitfähige Material, welches möglichst niederohmig ist. Allerdings ist die Herstellung der Polysiliziumschichten herstellungstechnisch sehr einfach und kostengünstig und damit zu bevorzugen.In A typical embodiment of the invention includes the anode contact strips and / or the cathode contact strips metal or a metallic Alloy. Preferably, a material is used here that is very good conductive is, as possible is formed low resistance and thus the possible no parasitic ohmic posts supplies. The anode layer and / or the cathode layer is typically made of highly doped polysilicon. Conceivable here would be any other conductive material, which possible is low impedance. However, the production of the polysilicon layers is manufacturing technology very easy and inexpensive and to prefer it.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung weisen benachbarte Koppelkapazitäten in der Projektion der Layoutebene einen gleichen Abstand zueinander, insbesondere einen minimalen Abstand auf.In a very advantageous embodiment, adjacent coupling capacitances in the Projection of the layout level an equal distance from each other, in particular a minimum distance.
In einer typischen Ausgestaltung weist auch die Anodenschicht einen weiteren parasitären Serienwiderstand auf, der sich im Wesentlichen aus dem vertikalen Abstand zwischen Anodenkontaktstreifen zu dem Dielektrikum innerhalb der Anodenschicht ergibt. Vorzugsweise ist der weitere parasitäre Serienwiderstand in der Anodenschicht sehr viel kleiner als der parasitäre Serienwiderstand in der Katodenschicht. Typischerweise ist der weitere parasitäre Serienwiderstand um den Faktor von mindestens 10, vorzugsweise von mindestens 100 und typischerweise von mindestens 1000 kleiner als der parasitäre Serienwiderstand in der Katodenschicht.In In a typical embodiment, the anode layer also has one other parasitic Series resistance, which is essentially made up of the vertical Distance between anode contact strip to the dielectric within the anode layer results. Preferably, the further parasitic series resistance much smaller in the anode layer than the parasitic series resistance in the cathode layer. Typically, the further parasitic series resistance by a factor of at least 10, preferably at least 100 and typically at least 1000 smaller than the parasitic series resistance in the cathode layer.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zwischen mindestens zwei benachbarten Gleichrichterstufen zumindest eine weitere Diode angeordnet, die die Anode der Gleichrichterdioden der einen Gleichrichterstufen mit der Katode der Gleichrichterdioden der jeweils benachbarten Gleichrichterstufen verbindet. Auf diese Weise wird die Gleichrichterschaltung gleichsam als Spannungsvervielfacherschaltung weitergebildet, was eine zusätzliche Verbessung der Effizienz der Gleichrichterschaltung bringt.In Another preferred embodiment is between at least two adjacent rectifier stages at least one other diode arranged, which is the anode of the rectifier diodes of a rectifier stages with the cathode of the rectifier diodes of each adjacent Rectifier stages connects. In this way, the rectifier circuit as it were further developed as a voltage multiplier circuit, which an additional Improvement of the efficiency of the rectifier circuit brings.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Gleichrichterdioden unter Berücksichtigung deren Anschlussleitungen direkt an den diesen zugeordneten Koppelkapazitäten angeschlossen. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die weiteren Dioden unter Berücksichtigung deren Anschlussleitungen direkt an die jeweiligen Gleichrichterdioden jeweils benachbarter Gleichrichterstufen, mit denen sie verbunden sind, angeschlossen sind. All dies, dass heißt das direkte Anschließen und damit das Optimieren bzw. Verkürzen der Verbindungsleitungen, reduziert die Verluste und erhöht damit die Effizienz des Gleichrichters.In Another preferred development is the rectifier diodes considering their Connecting cables connected directly to the associated coupling capacity. additionally It is advantageous if the other diodes under consideration their connecting cables directly to the respective rectifier diodes each adjacent rectifier stages to which they are connected, are connected. All this, that means direct connection and thus optimizing or shortening the connecting lines, reduces the losses and increases with it the efficiency of the rectifier.
Vorzugsweise sind die Gleichrichterdioden und/oder die weiteren Dioden als Schottkydioden ausgebildet. Selbstverständlich wären aber auch herkömmliche Diodentypen denkbar, jedoch wären die Verluste dann höher. Denkbar wäre selbstverständlich auch die Verwendung von Transistoren und/oder in Diodenschaltung verschaltete Transistoren. Schottkydioden weisen gegenüber standardmäßigen Dioden eine höhere Effizienz auf und sind daher zu bevorzugen.Preferably, the rectifier diodes and / or the other diodes are designed as Schottky diodes. Of course, but also ago conventional diode types conceivable, but the losses would then be higher. Of course, the use of transistors and / or transistors connected in diode circuit would also be conceivable. Schottky diodes are more efficient than standard diodes and are therefore preferred.
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Lastkapazität einer jeweiligen Gleichrichterstufe unter Berücksichtigung seiner Anschlussleitung direkt an einem Anschluss der dieser Lastkapazität zugeordneten Gleichrichterdiode angeschlossen. All dies, dass heißt das direkte Anschließen und damit das Optimieren bzw. Verkürzen der Verbindungsleitungen, reduziert die Verluste und erhöht die Effizienz des Gleichrichters.In Another very advantageous embodiment is a load capacity of a respective rectifier stage, taking into account its connection line directly to a terminal of this load capacitance associated rectifier diode connected. All this, that means direct connection and thus optimizing or shortening connecting lines, reduces losses and increases efficiency of the rectifier.
In einer typischen Ausgestaltung ist ein Bezugspotenzialring mit einem Bezugspotenzial vorgesehen, der direkt um die gesamte Anordnung der Gleichrichterstufen angeordnet ist und der alle Bezugspotenzial-seitigen Knoten der Gleichrichterstufen niederohmig mit dem Bezugspotenzial verbindet. Damit wird ein für alle Elemente des Gleichrichters einheitlicher Spannungsbezug gewährleistet.In a typical embodiment is a reference potential ring with a Reference potential provided directly to the entire arrangement the rectifier stages is arranged and all the reference potential side Node of the rectifier stages low impedance with the reference potential combines. This will be a for ensures all elements of the rectifier uniform voltage reference.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Guardring vorgesehen ist, der direkt um die gesamte Anordnung der Gleichrichterstufen angeordnet ist. Dieser Guardring schützt die Elemente der Gleichrichterstufen von von außerhalb des Gleichrichters eingekoppelten parasitären Überspannungsimpulsen. Insgesamt führt dies zu einem verbesserten EMV-Schutz.Also It is advantageous if at least one guard ring is provided, which is arranged directly around the entire arrangement of the rectifier stages is. This guardring protects the elements of the rectifier stages from outside the rectifier coupled parasitic surge pulses. Overall leads this for improved EMC protection.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn zumindest einige und vorzugsweise alle Elemente der Gleichrichterstufen (im Falle der Verwendung von Schottkydioden ohne diese Schottkydioden) und vorzugsweise auch die Kontaktfläche für den Antennenanschluss in einer eigens dafür vorgesehenen Wanne eines Halbleitersubstrats, welches vorteilhaft sehr hochdotiert und damit niederohmig ausgebildet ist, eingebettet sind. Auf diese Weise ist die Gleichrichterschaltung als integrierte Gleichrichterschaltung ausgebildet.In In this context, it is also advantageous if at least some and preferably all elements of the rectifier stages (in the case the use of Schottky diodes without these Schottky diodes) and preferably also the contact surface for the antenna connection in a specially for it provided well of a semiconductor substrate, which is advantageous very heavily doped and thus formed low impedance, embedded are. In this way the rectifier circuit is integrated Rectifier circuit formed.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung zumindest eine erfindungsgemäße Koppelkapazität auf.In a very advantageous embodiment, the rectifier circuit according to the invention at least a coupling capacity according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:The Invention will be described below with reference to the schematic figures The drawings specified embodiments explained in more detail. It shows attended:
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures of the drawing are the same or functionally identical elements and signals - if nothing Other specified - with the same reference numerals have been provided.
Der
Gleichrichter
Jeweils
eine Gleichrichterstufe enthält
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Koppelkapazität
Die
Koppelkapazitäten
Die
Koppelkapazitäten
Die
weiteren Schottkydioden
Ferner
sind fünf
Koppelkapazitäten
Die
Koppelkapazitäten
sind – wie
nachfolgend anhand der
Ausgangsseitig
direkt rechts an den Koppelkapazitäten
An
die zueinander in sehr kompakter und enger Weise angeordneten Schottkydioden
Das
in
Insgesamt
ergibt sich somit in der Draufsicht ein im Wesentlichen kreuzförmiges und
kompaktes Layout der Gleichrichteranordnung, welche in der n-dotierten
Wanne
In
dem Layout in
In
der Draufsicht auf das Layout sind die Koppelkapazitäten
In
dem Halbleitersubstrat
Ebenfalls
zentral auf einer Oberfläche
In
Die
Koppelkapazität
weist zwei Serienwiderstände
auf, wobei der eine Serienwiderstand sich aus dem Schichtwiderstand
in der Katodenschicht
Die
Abstände
a zwischen der Katodenmetallisierung
Die
Anodenmetallisierungen
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sei angenommen, dass die n-dotierte Wanne
Die
Weite WP1 des Schichtwiderstandes in der Katodenschicht ergibt sich
hier im Wesentlichen aus den Längen
der ersten und der zweiten Polysiliziumschicht
Nachfolgend
seien die Funktionsweise eines geeignet gewählten Layouts (
1. Parasitenminimierung durch geeignete Wahl der einzelnen Bauelemente:1. Parasite minimization by a suitable choice of the individual components:
Da
wie bereits oben im Zusammenhang mit der Koppel- bzw. Lastkapazitäten erwähnt die
Substratkapazität
nur bedingt minimiert werden kann, da sie technologieabhängig ist,
liegt bei der Wahl eines geeigneten Layouts der Schwerpunkt auf
der Minimierung dessen Serienwiderstandes Rs und Substratwiderstandes
Rsub. Der Serienwiderstand Rs dieser Kapazitäten besteht hauptsächlich aus
dem Widerstand in der ersten Polysiliziumschicht
Aus
Gleichung (6) ist ersichtlich, dass eine Minimierung des Serienwiderstandes
Rs dadurch erreicht werden kann, wenn LP1 minimal und WP1 dem gewünschten
Kapazitätswert
entsprechend gewählt werden.
Der Faktor 0,5 wird dadurch erreicht, dass die ersten Polysiliziumschicht
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für eine entsprechend große Kapazität nicht
nur ein Kapazitätsfinger
Der
Substratwiderstand Rsub kann dadurch verringert werden, dass man
unter die erste Polysiliziumschicht
Aus Gleichung (7) ist ersichtlich, dass eine Minimierung des Substratwiderstandes Rsub dadurch erreicht wird, dass die Länge LN minimal gewählt wird. Da die Weite WP1 für normale Kapazitätswerte sehr viel größer als die Länge LN ist, wird so ein relativ kleiner Substratwiderstand Rsub erreicht.Out Equation (7) shows that minimizing the substrate resistance Rsub is achieved by minimizing the length LN. Since the width WP1 for normal capacity values much bigger than the length LN is, so a relatively small substrate resistance Rsub is achieved.
Der
Faktor 0,5 ergibt sich hier wiederum dadurch, dass die Wanne
2. Parasitenminimierung durch geeignetes Layout des Gleichrichters:2. Parasite minimization by suitable layout of the rectifier:
Die
Koppelkapazitäten
Bei
den Knoten zwischen den Schottkydioden
Weiterhin
ist es zur Minimierung von parasitären Elementen sinnvoll, Schaltungen
und/oder Bauelemente, welche direkt an das Antennenpad angeschlossen
werden, möglichst
eng aneinander um das Antennenpad
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern ist auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention above based on a preferred embodiment It is not limited to this, but is in many ways and modifiable.
So wurde die Erfindung vorstehend anhand eines fünfstufigen Gleichrichters erläutert. Es versteht sich von selbst, dass der Gleichrichter auch mehr oder weniger Gleichrichterstufen aufweisen kann bzw. auch lediglich einstufig ausgebildet sein kann. Auch die Dimensionierungen der einzelnen Elemente des Gleichrichters, dabei insbesondere die Kapazitätswerte, Dotierungskonzentrationen, Längen, Weiten und Abstände, wurden lediglich dem besseren Verständnis wegen angegeben und sollen die Erfindung jedenfalls nicht dahingehend einschränken. Es versteht sich von selbst, dass auch durch Austauschen der Leitfähigkeitstypen n gegen p und umgekehrt eine beliebige Vielzahl unterschiedlicher Layoutvarianten und Schaltungsvarianten angegeben werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Das Gleiche gilt bei einem Austausch der einzelnen Elemente des Gleichrichters durch anders ausgestaltete, jedoch im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente. Statt der Verwendung jeweils lediglich einer Koppelkapazität und/oder Schottkydiode und/oder Lastkapazität pro Gleichrichterstufe kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, mehrere dieser Elemente pro Gleichrichterstufe vorzusehen.So the invention has been explained above with reference to a five-stage rectifier. It It goes without saying that the rectifier also more or may have fewer rectifier stages or even single-stage can be trained. Also the dimensions of the individual elements of the rectifier, in particular the capacitance values, Doping concentrations, lengths, Distances and distances, were given only for the sake of better understanding and should the In any case, do not limit the invention to that effect. It goes without saying even that by replacing the conductivity types n versus p and conversely, any number of different layout variants and circuit variants can be given without the scope of To leave invention. The same applies to an exchange of individual elements of the rectifier through differently designed, however, essentially functionally identical elements. Instead of using in each case only one coupling capacitance and / or Schottky diode and / or load capacity Of course, it can also be provided per rectifier stage provide several of these elements per rectifier stage.
- 11
- (mehrstufiger) Hochfrequenz-Gleichrichter, Gleichrichterschaltung(Multistage) High frequency rectifier, rectifier circuit
- 22
- Eingangentrance
- 33
- Ausgangoutput
- 44
- erster Eingangsanschluss, Kontaktfläche für einen Antennenanfirst Input connection, contact surface for one ante Nenan
- schluss, AntennenpadEnough, antenna pad
- 55
- zweiter Eingangsanschluss, zweiter Ausgangsanschlusssecond Input terminal, second output terminal
- 66
- erster Ausgangsanschlussfirst output port
- 7.1 – 7.57.1 - 7.5
- Koppelkapazitätencoupling capacitances
- 8.1 – 8.58.1 - 8.5
- SchottkydiodenSchottky
- 9.1 – 9.59.1 - 9.5
- Lastkapazitätenload capacity
- 10.1 – 10.510.1 - 10.5
- SchottkydiodenSchottky
- 1111
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 1212
- Wannetub
- 1313
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- 1414
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- 1515
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- 1616
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- 1717
- GroundringGround ring
- 1818
- GuardringGuard ring
- 2020
- Oberfläche des HalbleitersubstratsSurface of the Semiconductor substrate
- 2121
- erste Polysiliziumschichtfirst polysilicon layer
- 2222
- zweite Polysiliziumschichtsecond polysilicon layer
- 2323
- Dielektrikum, SiliziumdioxidDielectric, silica
- 2424
- Oberfläche der zweiten PolysiliziumschichtSurface of the second polysilicon layer
- 2525
- Anodenmetallisierung, Anodenkontaktreiheanode metallization, Anode contact number
- 2626
- Katodenmetallisierung, Katodenkontaktreihecathode metallization, Katodenkontaktreihe
- 2727
- Substratmetallisierung, Substratkontaktreihesubstrate metallization, Substrate contact number
- 2828
- Oberfläche der ersten PolysiliziumschichtSurface of the first polysilicon layer
- 2929
- Kapazitätsfingercapacity finger
- 3030
- Vorderseitefront
- ee
- Schichtdickelayer thickness
- a – da - d
- Abständedistances
- GNDGND
- Potenzial der Bezugsmassepotential the reference mass
- LNLN
- Länge der SubstratschichtLength of substrate layer
- LP1LP1
- Länge der ersten PolysiliziumschichtLength of first polysilicon layer
- UHFUHF
- hochfrequente Wechselspannunghigh frequency AC
- VDCVDC
- niederfrequentes Ausgangssignallow frequency output
- VHFVHF
- hochfrequentes, elektromagnetisches Wechselsignal, Eingangshigh frequency, electromagnetic alternating signal, input
- signalsignal
- WP1WP1
- Weite der ersten Polysiliziumschichtwidth the first polysilicon layer
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